光譜燈的案例
光譜燈 | RP 系列激光分析設(shè)計軟件
氣體放電燈發(fā)射某些標(biāo)準譜線的光，主要用于光譜校準目的。這種燈被稱為光譜燈或基于其作為校準燈的應(yīng)用。產(chǎn)生的光線可以在可見、紅外或紫外光譜區(qū)。
典型的發(fā)射物質(zhì)包括氦(He)、氖(Ne)、氬(Ar)、氪(Kr)和氙(Xe)等惰性氣體以及鈉(Na)、銫(Cs)、汞(Hg)和鎘(Cd)等金屬蒸氣。光輻射幾乎總是來自于單個原子或離子，而不是來自于分子。在某些情況下，為了獲得更多的譜線或通過能量轉(zhuǎn)移過程來提高性能，這些物種混合在一起。每條譜線的輻射可以認為是準單色的，通常用一個波長來定義，精確到1nm的微小部分。這導(dǎo)致了一定程度的時間相干性(但相干長度往往遠低于1厘米)，而空間相干性一般相當(dāng)?shù)汀Ｔ谀承?yīng)用中，人們用光學(xué)帶通濾波器隔離特定的光線，通常用單色儀或某種類型的干涉濾波器。
下表列出了標(biāo)準譜線的波長，并指出產(chǎn)生這些波長的光譜燈的種類。這些只是一些特別常見的光線；許多其他光線都有光譜燈可用。
表1:光學(xué)中常用的光譜線表，所有光譜線都可以由光譜燈產(chǎn)生。
操作原理
光譜燈基本上總是具有低氣壓的氣體放電燈，從而在很大程度上避免了壓力展寬（基于原子或離子發(fā)射期間頻繁碰撞的光譜展寬）。這樣，人們通常可以在幾條譜線上獲得光發(fā)射。
原則上，人們可以稱這種燈為弧光燈，因為它們用于連續(xù)波工作。然而，它們不與電弧放電一起工作，而是與低溫輝光放電一起工作。工作電流通常在較低的毫安范圍內(nèi)，而大功率弧光燈通常在幾安培下工作。
燈中的發(fā)射體積通常保持相對較小，因為對于許多應(yīng)用來說，人們無論如何只能利用來自相對較小區(qū)域的光。這意味著電極相對靠近，并且工作電壓低于長弧光燈。
通常，實際的燈殼被集成到另一個玻璃燈殼中，該玻璃燈殼通常為近似圓柱形。這有助于為用戶提供額外的防觸電保護，并保護燈具免受短路和觸摸的傷害。
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該車采用了100%光譜變色氛圍燈，相比夜間的使用效果將會非常出色。一體式運動座椅，給車輛增加了幾分運動感。此外，零跑S01采用了穹頂式天幕窗，采光效果極其出色。
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材料老化測試中遇到的問題及解決方法
2.1 氙弧燈
目前認為，已知的人工光源中氙弧燈的光譜能量分布與陽光中紫外、可見光部分最相似。通過選擇合適的濾 光片，可以濾去大部分到達地面陽光中存在的短波輻射。氙燈在 1000nm~1200nm 近紅外區(qū)存在很強的輻射峰， 會產(chǎn)生大量的熱。因此，須選擇合適的冷卻裝置帶走這部分能量。目前，市面上氙燈老化試驗裝置有兩種冷卻 方式：水冷式和風(fēng)冷式。一般來說，水冷式氙燈裝置冷卻效果要優(yōu)于風(fēng)冷式，同時結(jié)構(gòu)也較為復(fù)雜，價格也比 較昂貴。由于氙燈紫外線部分能量較另兩種光源增加較少，在加速倍率方面是最低的。
2.2 熒光紫外燈
從理論上說，300nm~400nm 的短波能量是引起老化的主要因素。如果增加這部分能量，就能達到快速試驗的 效果。熒光紫外燈的光譜分布主要集中在紫外光部分，因此，可以達到較高的加速倍率。然而，熒光紫外燈不 僅使自然日光中的紫外線能量增加，同時還有在地球表面測量時自然日光中沒有的輻射能量，而這部分能量會 引起非自然的破壞。另外熒光光源除了很窄的水銀光譜線外，沒有高于 375nm 的能量，這樣對較長波長的 UV 能量敏感的材料就可能不會出現(xiàn)曝曬在自然日光下那樣變化。由于這些固有缺陷會導(dǎo)致得出不可靠的結(jié)果。因 此，熒光紫外燈的模擬性較差。但是，由于它的加速倍率高，通過選擇合適型號的燈管可實現(xiàn)對特定材料的快 速篩選。
2.3 陽光型碳弧燈
陽光型碳弧燈目前在我國應(yīng)用得較少，但它在日本是廣泛使用的光源，大部分 JIS 標(biāo)準都采用陽光型碳弧燈。 我國許多與日本合資的汽車企業(yè)仍推薦使用這種光源。陽光型碳弧燈光譜能量分布也較接近于太陽光，但在 370nm－390nm 紫外線集中加強，模擬性不及氙燈，加速倍率介于氙燈及紫外燈之間 。
展開 VirtualLab Unity應(yīng)用：投影顯示中的隔紅外紫外濾光片
投影機中所使用的隔紅外紫外濾光片的主要作用是濾除燈源光譜中的紫外光和紅外光。420 nm以下的紫外光會對光學(xué)芯片造成損傷，而700 nm以上的紅外光會導(dǎo)致芯片溫度升高，進而影響其壽命。此外，紅外波段對圖像亮度的貢獻可以忽略，因此通常需要濾除波長小于420 nm和大于 700 nm的光譜成分。
摘要
應(yīng)用于博物館環(huán)境中紫外線強度檢測中的紫外線傳感器
傳感器都有特定的光譜響應(yīng)，該產(chǎn)品主要是針對太陽光中紫外線測量以及UVA燈強度測量，特別適合UVI的檢測。廣泛應(yīng)用在：利用便攜式設(shè)備檢測紫外線指數(shù)（手機等）、智能穿戴設(shè)備、UV-A燈監(jiān)控、紫外發(fā)光二極管監(jiān)測 ( < 360nm)、紫外線固化等領(lǐng)域。
人工老化試驗，如何選擇光源？碳弧、紫外還是氙弧？
02
熒光紫外燈
從理論上說，300nm~400nm的短波能量是引起老化的主要因素。如果增加這部分能量，就能達到快速試驗的效果。熒光紫外燈的光譜分布主要集中在紫外光部分，因此，可以達到較高的加速倍率。
然而，熒光紫外燈不僅使自然日光中的紫外線能量增加，同時還有在地球表面測量時自然日光中沒有的輻射能量，而這部分能量會引起非自然的破壞。另外熒光光源除了很窄的水銀光譜線外，沒有高于375nm的能量，這樣對較長波長的UV能量敏感的材料就可能不會出現(xiàn)曝曬在自然日光下那樣變化。由于這些固有缺陷會導(dǎo)致得出不可靠的結(jié)果。
因此，熒光紫外燈的模擬性較差。但是，由于它的加速倍率高，通過選擇合適型號的燈管可實現(xiàn)對特定材料的快速篩選。
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摘要
投影機中所使用的隔紅外紫外濾光片的主要作用是濾除燈源光譜中的紫外光和紅外光。420 nm以下的紫外光會對光學(xué)芯片造成損傷，而700 nm以上的紅外光會導(dǎo)致芯片溫度升高，進而影響其壽命。此外，紅外波段對圖像亮度的貢獻可以忽略，因此通常需要濾除波長小于420 nm和大于 700 nm的光譜成分。
在本案例中，通過先分別構(gòu)建長波通和短波通濾光片，用于阻斷紫外與紅外波段，再通過膜系疊加與光譜優(yōu)化，形成可見光透過、紫外與紅外有效抑制的帶通特性濾光片。
應(yīng)用場景
在本案例中，我們采用將長波通與短波通濾光片分別設(shè)計并鍍于鏡片兩側(cè)的方式，并在此基礎(chǔ)上進行整體膜系優(yōu)化，最終實現(xiàn)了一個帶通濾光片，在420–700?nm波段內(nèi)具有高透過率，在250–400?nm與730–1050?nm波段具備高截止能力。
設(shè)計結(jié)果
設(shè)計結(jié)果如圖所示，在 0° 入射條件下，該膜系在 420–700?nm 波段內(nèi)具有高透過率，在 250–400?nm 和 730–1050?nm 波段內(nèi)表現(xiàn)出良好的截止性能，實現(xiàn)了僅透過可見光、有效阻擋紫外和紅外光的設(shè)計目標(biāo)。
設(shè)計流程
首先進行長波通濾光片的設(shè)計，初始結(jié)構(gòu)如左圖所示。使用常用的對稱膜堆結(jié)構(gòu)(0.5H L 0.5H)^15作為初始結(jié)構(gòu)。設(shè)計目標(biāo)是在250~400nm為截止區(qū)，截止深度為OD2。420-700nm為通帶，平均反射率越大越好。
使用公式工具構(gòu)建上述初始膜系，并查看其透射光譜。通過在圖表中動態(tài)調(diào)整參考波長，確定了最符合指標(biāo)的截止帶范圍。但此時截止帶寬度仍不足，后續(xù)需要進一步拓寬截止帶寬度。
展開 光譜儀 | RP 系列激光分析設(shè)計軟件
這種光譜儀達到的典型波長分辨率約為 0.01 nm 至 0.1 nm。
根據(jù)所使用的光譜儀類型（例如光柵光譜儀），必須觀察各種細節(jié)：
· 輸入光通常必須被發(fā)送到寬度可變的入口狹縫上。為了獲得最高的光譜分辨率，狹縫應(yīng)該變窄，但這會降低發(fā)射功率，因此可能導(dǎo)致噪聲增加或采集時間更長，特別是對于低亮度的光源。一些光譜儀具有光纖輸入，可以是多模光纖，也可以是單模光纖。多模光纖更容易收集光，而單模光纖則可實現(xiàn)最高的光譜儀性能。
· 衍射光柵通常使用第一衍射級次，但有時使用更高的衍射級次以獲得更好的性能。無論是第幾衍射級次，都可能存在光與在其他衍射階次的偽影問題。如果發(fā)現(xiàn)難以解釋的光譜特征，可以檢查它們是否可能是此類偽影。
· 光譜儀的響應(yīng)可能取決于偏振，因為光柵的衍射效率或棱鏡布置上的反射損耗與偏振相關(guān)。
· 有些光譜儀必須由用戶校準。對于波長校準，可以使用某些放電燈，發(fā)射具有精確定義的波長分量的線光譜。整個波長間隔的響應(yīng)度校準通常更加困難。一種方法是使用具有已知燈絲溫度或校準光譜的白熾燈。
干涉光譜儀
使用各種類型的干涉光譜儀可以獲得高光譜分辨率，但僅在非常有限的光譜范圍內(nèi)：
· 一些儀器基于法布里-珀羅干涉儀，其中鏡面間距被機械掃描，例如通過壓電線性促動器，同時記錄傳輸?shù)墓夤β省？捎?em>光譜區(qū)間就是所謂的自由光譜范圍，由鏡距決定；這通常是 0.1 GHz 到 10 GHz 的量級，即以納米為單位。分辨率帶寬是自由光譜范圍除以精度，后者主要由鏡面反射率決定。鏡子之間的距離較大可以實現(xiàn)更高的性能，但也會導(dǎo)致自由光譜范圍變窄。
· 傅里葉變換光譜儀包含一個邁克爾遜干涉儀，其中一個臂長可以在很長的距離（毫米、厘米甚至更遠）上進行機械掃描。在全臂長度掃描期間記錄的探測器信號與時間的關(guān)系必須進行傅立葉變換才能獲得光譜。
展開 高分子材料常見的幾種老化試驗
▎相關(guān)測試標(biāo)準：
GB/T 16422.3 塑料 實驗室光源暴露試驗方法 第3部分:熒光紫外燈
GB/T18950 橡膠和塑料軟管 靜態(tài)下耐紫外線性能測定
GB/T 14522機械工業(yè)產(chǎn)品用塑料涂料、橡膠材料人工氣候老化試驗方法熒光紫外燈
ASTM G154 Operating Fluorescent Light Apparatus for UV Exposure ofNonmetallic Materials
6.碳弧燈老化試驗
碳弧燈分為兩種，一種是封閉式碳弧燈，一種是日光碳弧燈，這兩種都是應(yīng)用于早期的設(shè)備，前者用于紡織品耐光測試，后者最初用于涂層的耐光試驗。
由于碳弧燈的光譜分布與太陽光相差較大，特別是封閉式碳弧燈，既無日光中的短波紫外輻射，在使用過程中要求每48h至72h換一次碳棒，使用成本較高，在我國應(yīng)用較少，在日本廣泛使用，目前我國與日本合資的汽車企業(yè)依然推薦使用這種光源。
▎測試儀器：
碳弧燈老化試驗箱
▎適用產(chǎn)品范圍：紡織品，纖維材料，塑料，人造革，硫化橡膠等。
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